2. Лекция

2.1 Виды измерений

2.2 Понятие о методах измерений

Измерение предполагает сравнение исследуемой физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за 1, и представление результата этого сравнения в виде числа.

Для измерения физической величины необходимо создать ряд условий: возможность выделения измеряемой величины среди других ве6личин; возможность установления единицы, необходимой для измерения выделенной величины; возможность материализации (воспроизведения и хранения) установленной единицы техническими средствами; возможность сохранения неизменным размера единицы (в пределах установленной точности) как минимум на срок, необходимый для измерений.

Измерения могут быть классифицированы следующим образом:

Признак классификации	Вид измерений
По общим приёмам получения результатов измерений (по способу получения информации)	Прямые, косвенные, совокупные, совместные
По отношению к изменению измеряемой величины (По характеру изменения измеряемой величины)	Статические, динамические
По числу измерений в ряду измерений (По количеству измерительной информация)	Однократные, многократные
По метрологическому назначению	Метрологические, лабораторные, технические
По условиям, определяющим точность результата	1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. 2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. 3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.
По характеру точности	Равноточные, неравноточные
По способу выражения результатов измерений	Абсолютные, относительные

По способу получения информации измерения разделя­ют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой , где - искомое значение измеряемой величины, а - значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).

Косвенные - это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле , где - искомое значение косвенно измеряемой величины; - функциональная зависимость, которая заранее известна, - значения величин, измеренных прямым способом.

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные - это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Пример. Необходимо произвести калибровку разновеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг (звездочкой отмечена гиря, имеющая то же самое номинальное значение, но другое истинное). Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Для этого про-ведем измерения, меняя каждый раз комбинацию гирь (цифры показывают массу отдельных гирь, - обозначает массу образцовой гири в 1 кг):

и т.д.

Буквы означают грузики, которые приходится прибавлять или отнимать от массы гири, указанной в правой части уравнения, для уравновешивания весов. Решив эту систему уравнений, можно определить значение массы каждой гири.

Совместные - это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.

В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 200С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

По характеру изменения измеряемой величины в про­цессе измерений бывают статистические, динамические и ста­тические измерения.

Статистические измерения связаны с определением ха­рактеристик случайных процессов, уровня шумов, звуковых сигналов и т. д.

Статические измерения имеют место тогда, когда из­меряемая величина практически остается постоянной во вре­мени (измерение массы тела на весах, постоянного давления).

Динамические измерения связаны с такими величина­ми, которые в процессе измерений изменяются и являются непостоянными во времени, например — измерение напряжения электрической сети; измерения пульсиру­ющих давлений, вибраций.

По количеству измерительной информация различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения (измерение, выполненное не более 3-х раз) - это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому сле­дует проводить не менее трех однократных измерений и на­ходить конечный результат как среднее арифметическое зна­чение. Такой вид измерения часто применяется в обществен­ном питании, например, при проверке веса мясных порцион­ных полуфабрикатов необходимо провести несколько одно­кратных измерений измеряемых величин и определить сред­ний вес полуфабриката.

Многократные измерения (измерение, выполненное более 3-х раз) - измерение величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом однократных измерений.

Результаты могут быть обработаны по правилам математической статистики, где результат измерения – среднее значение. Преимущество многократных из­мерений - в значительном снижении влияния случайных факторов на погрешность измерения.